GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

華中科技大學(xué)電信系　葉蓁
　　摘要：介紹GSM移動通信支持的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括SMS和CDPD、IWF、GPRS等。


　　關(guān)鍵詞：GSM　數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)　SMS　CDPD IWF GPRS IMT-2000


　　1　GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)簡介


　　移動通信，是近年來最火爆的話題。從我們身邊看，中國移動通信集團(tuán)公司主要經(jīng)營移動話音、數(shù)據(jù)、 IP電話和多媒體業(yè)務(wù)，有著4500萬客戶，是世界上最大的GSM移動通信運(yùn)營公司。移動電話的產(chǎn)生和發(fā)展，滿足了人們隨時(shí)隨地進(jìn)行信息交流和商務(wù)活動的要求，取得了驚人的發(fā)展，近幾年用戶年增長率一直保持在50％以上。據(jù)UMTS論壇預(yù)測，2000年全球移動用戶將達(dá)到5億，2010年將超過固定電話用戶數(shù)。


　　數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也在飛速發(fā)展著，年增長率達(dá)到25%、40%，遠(yuǎn)高于電話業(yè)務(wù)5％、10％的年增長率。特別是自1994年互聯(lián)網(wǎng)商用以來，IP業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長，增長速度平均為每半年翻一番。


　　移動通信和數(shù)據(jù)通信的融合，產(chǎn)生了移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。移動和數(shù)據(jù)的完美結(jié)合使得人們能夠?qū)崿F(xiàn)“任何人在任何地點(diǎn)任何時(shí)間”連接到“任何信息”的美好設(shè)想，有資料預(yù)測，到了2002年，全球?qū)⒂?億個以上的手機(jī)有上網(wǎng)功能，2003年全球?qū)⒂?0億個以上的手機(jī)上網(wǎng)。


　　目前，GSM提供的服務(wù)，可以使得人們不受空間、地域的限制，隨時(shí)隨地獲取所需的信息，可以在移動中收發(fā)短信，收發(fā)E-mail、收發(fā)傳真、訪問Internet等通信。這些業(yè)務(wù)，目前采用的技術(shù)普遍為：短消息系統(tǒng)、電路交換型和分組交換型移動數(shù)據(jù)通信的功能。還有正在發(fā)展中的IMT2000，提供的功能更為強(qiáng)大，為我們展示了更加美好的前景，運(yùn)營商、用戶都可以有更多的選擇，豐富的服務(wù)內(nèi)容必然會使移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)產(chǎn)生飛躍性的發(fā)展。


　　2　各種業(yè)務(wù)模式介紹


　　2.1　短信息系統(tǒng)(SMS)


　　SMS是Short Message Service的縮寫，系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是短消息業(yè)務(wù)中心，作為短消息的存儲轉(zhuǎn)發(fā)的單元，可實(shí)現(xiàn)移動終端間的點(diǎn)對點(diǎn)短消息通信。現(xiàn)在GSM的移動通信系統(tǒng)已經(jīng)提供了短消息服務(wù)功能，兩個GSM手機(jī)之間可以發(fā)送、接收中英文短消息。


　　移動通信網(wǎng)與Internet聯(lián)結(jié)合，更提供了豐富的業(yè)務(wù)功能。如：EMAIL到達(dá)通知，或直接發(fā)送到手機(jī)；短消息直接發(fā)布在Internet上；短消息發(fā)送至傳真；手機(jī)把信息傳送到信息中心，之后傳送到互聯(lián)網(wǎng)，由此把信息傳送到電視網(wǎng)中由電視播出這條信息，形成手機(jī)和電視的互動，實(shí)現(xiàn)聊天功能；STK技術(shù)在SIM卡上進(jìn)行開發(fā)，信息點(diǎn)播的部分菜單被定制其中，用戶通過STK卡定制選擇避免了鍵盤輸入，很大程度上提高了使用效率，給用戶使用帶來一定的便利，信息通過短信中心實(shí)現(xiàn)了交互。


　　2.2　蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD）


　　CDPD全稱為Cellular Digital Packet Data，意為蜂窩狀數(shù)字式分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，它是以數(shù)字分組數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，以蜂窩移動變組網(wǎng)方式的移動無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。


　　特點(diǎn)：


　　無線廣域網(wǎng)：它是一個無線廣域網(wǎng)，而不同于現(xiàn)在市面上所見的無線局域網(wǎng)；


　　800兆的工作頻率：這個頻段具有一定的穿透和繞射能力，干擾較少；


　　19.2Kbps的空中信道通信速率：空中信道速率為19.2Kbps，去掉分組數(shù)據(jù)打包以及信道復(fù)用的一些開銷，對用戶來說數(shù)據(jù)傳輸速率一般為5-10Kbps，最高可以達(dá)到15Kbps左右；為了提高無線信道的利用率，系統(tǒng)對TCP/IP報(bào)頭進(jìn)行壓縮，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行V.42bis壓縮。


　　全雙工的通信方式：它可以同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)；


　　無差錯的數(shù)據(jù)傳送：它通過FEC前向糾錯和自動反饋重發(fā)技術(shù)，保證進(jìn)行無差錯的傳輸數(shù)據(jù)；


　　基于TCP/IP的開放系統(tǒng)：它是基于TCP/IP的開放系統(tǒng)，可以方便地接入Internet，所有基于TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用軟件都可以無需修改直接使用；應(yīng)用軟件開發(fā)簡便；移動終端通信編號直接使用IP地址；


　　終端移動速率可達(dá)100公里/小時(shí)以上：根據(jù)試驗(yàn)，車速達(dá)每小時(shí)120公里，CDPD移動終端數(shù)據(jù)收發(fā)如常，并且在經(jīng)過不同小區(qū)時(shí)也不會使數(shù)據(jù)中斷。


　　安全可靠、防數(shù)據(jù)泄漏、防燒機(jī)：采用先進(jìn)的加密技術(shù)，不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)被竊聽，也不必?fù)?dān)心被燒機(jī)；為了提高無線信道的安全性，系統(tǒng)允許采用到達(dá)127位的加密算法，目前通常為RC4算法。


　　支持廣播與群呼：它支持廣播和多點(diǎn)廣播的通信方式，這和BP機(jī)以及集群系統(tǒng)有點(diǎn)相似。


　　我國已在幾個城市對CDPD系統(tǒng)做過一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)和試用，技術(shù)上是可行的，但是與美國相比，為擴(kuò)大覆蓋范圍，該技術(shù)在推廣使用需要新建基站，投資較大。因此，目前CDPD在我國主要應(yīng)用于小范圍內(nèi)的移動通信，如公共安全、交通管理等。另外，在GPRS風(fēng)頭強(qiáng)勁的今天，CDPD的發(fā)展空間受到制約。


　　2.3　電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（IWF）


　　IWF（InterWorkingFunction）的縮寫。這是目前GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要承載方式。電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是基于目前的GSM網(wǎng)絡(luò)、采用電路交換的業(yè)務(wù)類型。電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括GSM承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和高速電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)HSCSD（HighSwitchData）。


　　2.3.1　GSM數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)：


　　這是現(xiàn)在普遍應(yīng)用的模式，速率最高達(dá)9.6kbps。目前的WAP、手機(jī)接入Internet都是采用這種方式。


　　－承載業(yè)務(wù)指網(wǎng)絡(luò)與用戶節(jié)點(diǎn)之間的信息傳送能力。


　�。�電信業(yè)務(wù)指終端間全部的信息傳送能力，包括終端所需的應(yīng)用協(xié)議在內(nèi)。


　　承載業(yè)務(wù)：異步電路型（BS2X）、同步電路型（BS3X）、異步PAD接入電路型（BS4X）、同步分組型（BS5X）、交替語音/數(shù)據(jù)（BS61）、語音后接數(shù)據(jù)（BS81）


　　電信業(yè)務(wù)：三類傳真（TS61）、交替語音/傳真等（TS62）。
　　電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以應(yīng)用在PLMN（陸地公共移動網(wǎng)）內(nèi)部以及PLMN和PSTN/ISDN/PSPDN之間，其中和PSPDN互通是通過PATN/ISDN進(jìn)行的。不同的承載業(yè)務(wù)類型所對應(yīng)的傳輸路徑是不同的，相應(yīng)的所對應(yīng)的組網(wǎng)形式也不同，下面以異步電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（BS2X）所對應(yīng)的傳輸路徑為例作一簡要說明。如圖所示，BS2X業(yè)務(wù)有三種連接方式：3.1Hz音頻連接、64kbit/s無限制數(shù)字連接和基本PAD接入。其中基本PAD接入需要經(jīng)過PSTN（3.1k audio）或ISDN（3.1K Audio或64k UDI）。基本PAD接入中移動用戶和PSPDN中x.25主機(jī)的連接建立是基于雙號碼的。主叫用戶的撥號的形式。另外BS3X、BS4X、BS5X所對應(yīng)的組網(wǎng)形式也是不相同的，由于篇幅所限這里不再一一羅列。










　　這種技術(shù)的關(guān)鍵在于MSC提供了IWF功能，PLMN（Public Lands Mobile Network）通過MSC與其它網(wǎng)絡(luò)互連。例如，通過筆記者接手機(jī)，撥號接入ISP（如163），登陸Internet。在這個過程中，手機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)過BSC，通過MSC的IWF功能，實(shí)現(xiàn)了從PLMN到PSTN（Public Switched Telephone Network）的連接。IWF功能為其提供了一個MODEM，使LPMN網(wǎng)中的數(shù)據(jù)格式，得以接入PSTN中ISP的接入服務(wù)器。此時(shí)，IWF就相當(dāng)于一個網(wǎng)間適配器。
　　這種業(yè)務(wù)雖然已經(jīng)成熟，但是卻有速率低、比分組接入占用資源多的缺點(diǎn)，越來越難適應(yīng)日益增長的用戶需求。


　　2.3.2　高速電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)HSCSD


　　HSCSD是（High Speed Circuit Switch Data）的縮寫。


　　HSCSD的基本方式是在無線信道上將多個全速率信道（FCH/F）復(fù)用在一起，供一次數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)使用。采用HSCSD后，可支持的用戶數(shù)據(jù)將達(dá)到38.4KBPS（4時(shí)隙），57.6kbps（4時(shí)隙，14.4kbps信道編碼），57.6kbps（6時(shí)隙，T模式）。該業(yè)務(wù)主要用于GSM二階段的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。用戶在簽約時(shí)僅需簽一般承載業(yè)務(wù)GBS（BS20，30，40，50）。


　　在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，所有接口的底層標(biāo)準(zhǔn)與原階段二相同。只是在網(wǎng)絡(luò)和終端側(cè)增加了“劃分和結(jié)合”的功能。在無線接口通過n個信道傳送（n＝1-6），它們看起來是獨(dú)立的，從而進(jìn)行獨(dú)立的數(shù)據(jù)中繼和無線接口的錯誤控制，直至TRAU處結(jié)合起來。


　　HSCSD實(shí)際上是一種基本承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的升級，本質(zhì)上與承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無多大區(qū)別。HSCSD硬件上比較易于實(shí)施，無需改變目前的GSM網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)。


　　但是，對于在GPRS出現(xiàn)之后，HSCSD的發(fā)展空間已受到限制。而且，實(shí)際上很難將多個時(shí)隙分配給同一個用戶，因此它的理論速率上限很難達(dá)到。


　　2.4　通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）


　　GSM規(guī)范Phase II+標(biāo)準(zhǔn)中給出了實(shí)現(xiàn)通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS-General Packet Radio Service）的相關(guān)規(guī)范，在GPRS結(jié)構(gòu)中引入了分組交換和分組傳輸?shù)母拍睿�這樣使得GSM網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持從網(wǎng)絡(luò)體系上得到了加強(qiáng)。GPRS網(wǎng)絡(luò)在原有的GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了SGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）、GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）、PTMSC（點(diǎn)對多點(diǎn)服務(wù)中心）等功能實(shí)體，并且對原有的移動臺、基站、相關(guān)信令作了相應(yīng)的更改或補(bǔ)充。


　　GPRS信道的分配很靈活，每個TDMA幀可分配1-8個時(shí)隙。時(shí)隙均由用戶共享，上、下行鏈路單獨(dú)分配。無線接口資源在話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間動態(tài)共享。


　　GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡介：


　　GPRS數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收，其過程如下：筆記本電腦通過串行或無線方式接到GPRS蜂窩電話或Modem上，GPRS蜂窩電話或Modem與GSM基站通信，但與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同，GPRS分組是從基站發(fā)送到SGSN節(jié)點(diǎn)，而不是通過MSC連接到原有網(wǎng)絡(luò)上。SGSN和GGSN進(jìn)行通信；GGSN對分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡(luò)，如Internet或X.25網(wǎng)絡(luò)。來自Internet、標(biāo)識有移動臺地址的IP包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動臺上。



　　SGSN-SGSN通過幀中繼與BTS連接，是GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與移動臺之間的接口，實(shí)現(xiàn)與移動臺之間數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，提供分組路由，跟蹤移動臺在服務(wù)區(qū)的位置，并實(shí)現(xiàn)安全和訪問控制功能。



　　GGSN-GGSN通過基于IP協(xié)議的GPRS骨干網(wǎng)連接到SGSN，是連接GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與外部分組交換網(wǎng)（如Internet和LAN）的網(wǎng)關(guān)。GGSN也可以在這種網(wǎng)絡(luò)之間建立多個連接，即通過一個GGSN、一個GSM網(wǎng)絡(luò)可以連接到多個外部網(wǎng)上。



　　雖然GPRS已經(jīng)宣傳了一段時(shí)間，但是要升級到GPRS，不但要增加SGSN、GGSN等設(shè)備，還必須讓NSC、BSC、BTS等升級。雖然有的系統(tǒng)只是軟件升級，但從運(yùn)營的角度看，這是一個很大的動作。同時(shí)升級費(fèi)用和GSN等建設(shè)也是一項(xiàng)很大的投資。所以大規(guī)模地提供全網(wǎng)移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，需要大力度的投資建設(shè)。



　　2.5　第三代移動通信IMT-2000


　　IMT-2000的主要業(yè)務(wù)特征是支持IP和高速電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。IMT-2000的室外384kbps、室內(nèi)2Mbps的接入帶寬使得IMT-2000將可以向用戶提供真正的移動多媒體業(yè)務(wù)。同時(shí)由于IMT-2000支持業(yè)務(wù)的上行和下行的非對稱傳輸，支持以傳輸數(shù)據(jù)量作為收費(fèi)依據(jù)，使得無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)得到更為廣泛的應(yīng)用。



　　3.GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)問題與展望



　　上面介紹的技術(shù)，都是目前國內(nèi)正在使用、或正處在討論階段的技術(shù)。



　　移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，不僅僅是技術(shù)的發(fā)展，更重要的動力是市場因素。任何一種技術(shù)，都存在著優(yōu)缺點(diǎn)，能否生存下去，不是技術(shù)權(quán)威所珠。市場因素是最后的裁決者。因此，現(xiàn)在出現(xiàn)的技術(shù)，流行的技術(shù)，必然要經(jīng)歷時(shí)間的考驗(yàn)。



　　然而，我們的發(fā)展也是永遠(yuǎn)向前的。信息化的時(shí)代到來了，人們期待著任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的信息傳遞。同時(shí)，技術(shù)的進(jìn)步，第三代移動通信的發(fā)展，為人們的這種需求將越來越廣泛，同時(shí)各種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信的新技術(shù)也會不斷出現(xiàn)和發(fā)展，共同促使全球信息化的進(jìn)步�！叭魏稳嗽谌魏蔚攸c(diǎn)任何時(shí)間”連接到“任何信息”的美好設(shè)想，終將實(shí)現(xiàn)。



摘自《電子質(zhì)量》2001.8